实验验证力平行四边形定则80255.ppt

实验：验证力的平行四边形定则 我们已经学习了许多物理量其中体积、质量、时间、长度的运算所遵循的是代数的加减法则，为什么力的合成要遵循平行四边形定则呢?这种运算法则是否正确呢? 有同学提出以下猜想： 1.合力的大小只在分力夹角为锐角时遵循平行四边形法则。 2.夹角为直角时，用勾股定理计算，不遵循平行四边形法则。 同学们，你是怎样认为的呢？说说你的猜想。 1.掌握弹簧测力计的正确使用方法。 2.根据实验的要求，会对给定的实验步骤排序、纠错。 3.验证力的平行四边形定则，培养用作图法处理问题的能力。 (重点) 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 【实验目的】 方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔. 【实验器材】 一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点,所以力F′就是这两个力F1和F2的合力,作出力F′的图示.再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,比较F和F′的大小和方向是否相同,若相同,则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则. 【实验原理】 (1)在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上。 【实验步骤】 (2)用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端栓上两条细绳套。 E A 注意：请设计好伸长结点的位置，以便作图。 (3)用两个弹簧测力计分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。 (4)用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数。 F1 O F2 A E 示数 示数 (5)用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线，按着一定的标度作出两个力F1和F2的图示。用平行四边形定则求出合力。 F1 F2 F o (6)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样位置O。读出示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示。 O E F/ F1 F F2 F/ (7)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向，看它们是否相等。 F1 F F/ o F/是实验值， F是理论值 F2 在误差允许范围内，理论值和实验值大小相等方向相同。验证了平行四边形定则的正确性。 实验操作演示 实验过程展示 力的合成图实例 1.用两个测力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内,这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小. 2.结点O的位置和两个测力计的方向画得不准,造成作图的误差. 【误差分析】 3.两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重做两次实验，为保证结点O位置不变(即保证合力不变),则α变化范围不大，因而测力计示数变化不显著,读数误差大. 4.作图比例不恰当造成作图误差. 1.实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力计测量的实际合力F′忘记标注而造成错乱,你如何加以区分? 提示:由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F′，不共线的合力表示由作图法得到的合力F. 【交流与思考】 2.如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？如何观察合力的变化规律？ 提示：保持两力的大小不变,改变两力之间的夹角,使两力的合力发生变化,可以通过观察结点的位置变化,判断合力大小的变化情况,结点离固定点越远,说明两力的合力越大. 3.每次实验都必须保证结点的位置保持不变,这体现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长长度相同,能否验证平行四边形定则？ 提示:每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替代的思想方法.由于力不仅有大小,还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边形定则. 【对点训练1】如图所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________(选填“甲”或“乙”)同学的实验结果是尊重事实的． 解析：由题设可知，F为F1和F2的合力，通过平行四边形定则所得，而F′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力，显然F′的方向应在细线的方向上，因甲同学F′的方向与细绳在同一直线上，故甲同学是尊重事实的． 答案：甲 本题解答的重点在F′的方向的确定上．两位同学的实验结果都有误差，这是正常的，但乙同学很明显在F′的方向的确定上违背了实验的要求，作图是错误的． 【对点训练2】 (2015·安徽高考)在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸固定在